Shadow遥操作系统来了!隔着大陆也能控制!还能精准感知每一个细节!


如果多了一双手,你会用来干嘛?这无疑是一个好问题,总容易发人深思。


但先不要有一些危险的想法,因为一双合格的手,还必须具备以下这些条件:


(1)灵活。必须能够完成一系列从手掌到手指的细微动作,才能具备更多拓展性。


(2)精巧。毋庸置疑,想要钢铁产物更柔性,它必须有更高的准确性和稳定性。


这两个具象化表现下,在底层技术上则需要考虑三方面:


(1)驱动。要想保证连贯位姿移动下的动态柔顺性,驱动能力是基础。


(2)传感。交互性的关键点往往在于传感技术的应用深度。


(3)控制。可靠性需要更精准快速的“开关”来把握。


人们为了创造一双手,在很多年前就开始过努力。


大讲堂在2018年就曾报道过英国Shadow Robot公司研制的,当时世界上最先进的Shadow机器人灵巧手,后续马斯克等一众商业科技大佬都纷纷体验过Shadow Robot的产品。


如果多了一双机械手,你会用来干嘛?


最早Shadow Robot公司演示了用灵巧手自主解魔方这样一个神奇的过程,引起整个学术和产业界的震惊。


如果多了一双机械手,你会用来干嘛?


解魔方这个看似简单动作的背后,在硬件上,不仅需要Shadow灵巧手具备多且灵活的关节,同时具备位置和力矩多感知的能力,才能更好实现这种类似人手的抓握操作。


在软件上,则是Shadow Robot通过其Dactyl系统对灵巧手进行大量数据练习训练,从而使其具备了更加优良的算法,加持深度学习的机械手才能够自主运用手指玩魔方。


如今,在Shadow灵巧手的基础上,硅步机器人和Shadow Robot公司合作开发出全新的Shadow遥操作系统,面向存在复杂危险场景的特种领域。


为什么要合作开发遥操作?


这其实是Shadow Robot公司朝着产业化进发的重要一步。


人工智能机器学习基础上实现的自主化运行当然是未来重要的技术方向,但不可否认,机器学习仍然处于早期阶段,要想让机器手能够快速完成一些动作,由人直接进行判断和操作是当下能适应更广泛场景的一种必然过渡。


人的经验判断和现场处理,不需要大量机器学习的训练和培训,比当下人工智能的判断处理执行过程更为高效和便捷,人对于某些工艺的处理技巧,也能为后续人工智能的锻炼和深度学习提供更多更好的样本。


强大的Shadow遥操作系统


那么Shadow Robot这套遥操作系统,有着怎样的优势?


作为Shadow Robot不断完善的强大遥操作系统,目前已经可以长距离甚至跨大陆完成复杂任务!


同时,Shadow Robot的这套遥操作系统已经实现模块化,可以轻松添加例如视觉等组件,并支持集成到其他系统上,这为基于Shadow Robot遥操作系统进行科研教育以及AI & VR等二次开发提供了更加广阔的空间。


此前Shadow Robot演示的一款Tactile Telerobot就可以让用户可以自然地用手控制机器人设备,并感觉到机器人在操纵物体时的感受。Shadow遥操作系统相当于捕捉人手臂和手指的动作,复现到机器人上,让机器人同时执行跟人手指一样的动作。


如果多了一双机械手,你会用来干嘛?


这其中的关键是Shadow灵巧手中具备了129个内置传感器,可以对环境进行触觉感应,这使得手套能够将灵巧手受到的力反馈回来,让操作者能够轻易地掌握力的大小、方向和距离。


Shadow灵巧手基于人手运动学设计,一共拥有24个自由度,其中20个由电机驱动,4个欠驱动,这24个自由度每一个都有与人类相近的运动范围,允许其做出与人手类似的动作。


如果多了一双机械手,你会用来干嘛?


这些传感器嵌入在机械手的每个指尖中,以收集触觉数据,整机采用EtherCAT进行内部数据传输以及和远程控制端的通讯,通过高频率的反馈与控制周期,可以实时反馈多达120个以上的各种反馈数据。


当传感器将触觉反馈传输到用户的手时,会重新创建触觉数据,同时捕获人的运动数据,控制灵巧手进行及时性操作,这种极强的触觉反馈能为用户提供更高级仿真的手感和刺激度,让人更加容易判断触碰物体的大小和质感,从而及时作出细微的调整和改变。


如果多了一双机械手,你会用来干嘛?


更丰富的应用场景


正是基于Shadow灵巧手这种高的传输及时性和灵敏度,为Shadow 遥操作系统在各类需要良好操作技巧和敏捷度场景中的表现创造了条件,由于不用借助训练而是直接由人进行操作,一些细节在Shadow 遥操作系统中能更好实现。


在视频中可以看到,Shadow灵巧手在人的操作下,能像人的双手一样握住线缆,并旋转着解开绳带。


如果多了一双机械手,你会用来干嘛?


能很轻易将线缆插入服务器端口,或者打开开关,从服务器中抽取出磁盘。


如果多了一双机械手,你会用来干嘛?


Shadow Robot公司的初衷就是希望用这样一双灵巧手能够像人一样,能完成很多困难或者遥远的工作,并将它变得更加简单方便。因此Shadow遥操作系统下的灵巧手像人手一样拥有5个手指,每个手指都能独立上下移动且拥有较好的灵活性,让许多操作都能更加直观简单完成,易用性更强。


例如视频中演示的,一只手和另外一只手的两个指头协作,旋转开一个盖子,随即又将其闭合,或者是两只手协作拼魔方也是一个不错的选择。


如果多了一双机械手,你会用来干嘛?


如果多了一双机械手,你会用来干嘛?


Shadow遥操作系统,使得许多原本危险的操作,或者是人类不太方便去执行的动作变得更加容易,未来在例如太空作业、海底作业或者是核环境下作业都有了更多的可能性,我国目前在载人航天和水下深浅作业中,都已经有用到遥操作,使深海作业更安全,更高效。


当然,由于具备丰富感知能力,能够实现满足位置和力的闭环控制,精确、稳固抓取等优点,在家居环境中,它也能帮助操作打扫卫生或者清理桌面,具有很强的通用性。


这一幕让我想到,或许在不久的未来,我们放在家的机器人就能隔着千里之外帮助清理和更换猫砂,顺便云撸一把猫,想必手感一定不错。


如果多了一双机械手,你会用来干嘛?


同时,在Shadow遥操作系统下,Shadow灵巧手还能一把握住手柄,并拿着进行相关动作。别小看这一细节,这种能握持工具并执行灵巧任务的能力,对于很多放射性环境来说帮助极大。


视频这种演示也意味着在遥操作下的Shadow灵巧手,未来或许也能做到例如在海上或者太空去铺设某些电缆,或者去清除倾倒在海底的未爆弹药,或者测绘海床等特种任务。当然这也需要机器人技术在电源通信等方面必须做出巨大的改进,才能满足极端环境的需求。


如果多了一双机械手,你会用来干嘛?


不仅如此,在一些对人体可能有危险性的医学工程以及工业生产场所,Shadow遥操作系统能让人操作灵巧手按压提取器吸取试管的液体并移动,这为医疗场景下的作业打开了新的研究空间。


如果多了一双机械手,你会用来干嘛?


而握住一个鸡蛋,握住一个灯泡都基本上是小case。


如果多了一双机械手,你会用来干嘛?


由于支持外部拓展,房间传感器和踏板更能够增加或者减少手臂间距和跨度,以适应更广泛的应用场景,同时,机械臂控制器上依然装有急停按钮,保证了操作安全性。


结语


遥操作作为人操作的延伸,已经成为机器人领域的热门研究方向,无论是从力的输出还是活动的灵敏度,都可以与人手相媲美,并能够完成灵活、精细的抓取操作的Shadow灵巧手,更是为Shadow的遥操作系统增添了更多可能性。


目前,由硅步机器人与Shadow Robot共同开发的Shadow遥操作系统,经过严格的可靠性测试之后,正在从实验室走向特种行业的实际场景应用。期待这样一款全新遥操作系统,能帮助更多人未来远离危险,困难和遥远的工作,让未来更加轻松和安全,也希望有更多人加入到开发体系,为世界遥操作的深度落地应用打下更加坚实的基础。


关于硅步


硅步机器人Gaitech Robotics是专业提供机器人和人工智能整体解决方案的创新型公司,业务和合作伙伴遍布全球多个国家,拥有健全的销售体系和服务网络。硅步公司拥有一支国际化的高水平技术团队,致力于基于ROS技术的智能机器人的研发、集成、生产、销售和技术支持服务。


文章来源: 机器人大讲堂

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